Методы количественной и качественной обработки хроматограмм

Для количественной обработки хроматограмм используются следующие методы:

- абсолютной калибровки;

- внутреннего стандарта;

- внутренней нормализации.

Самым распространенным является метод абсолютной калибровки. Он заключается в приготовлении одной концентрации парогазовой смеси одного вещества и введении ее шприцом в хроматограф в различных количествах: 1мл, 2мл, 3мл, 4мл,5мл. При этом высота (площадь) получаемых пиков пропорционально растет. Результатом этой работы является градуировочный график зависимости высоты пика (площади) от концентрации (Рис 3).

Рис..3. Общий вид градуировочного графика.

Недостатком этого метода является необходимость строить градуировочный график для большого количества веществ, часто очень дефицитных. При изменении расходов газа носителя и водорода (а также других условий хроматографирования) график необходимо проверять. При переходе с одного диапазона измерения на другой график также нуждается в проверке. При использовании различных дозирующий устройств необходимо стандартизировать условия ввода пробы.

Метод внутреннего стандарта предусматривает прибавление к пробе известного вещества в известном количестве с известными соотношениями площадей пиков в пробе и эталона и их связи с концентрациями. Измерив площадь (высоту) пика эталона можно рассчитать концентрации всех веществ хроматограммы.

Метод внутренней нормировки используется только для деструктивного детектора (ДТП), если известна его удельная чувствительность для различных определяемых веществ, которая приводится в справочниках. Применяется данный метод сравнительно редко.

Трудность качественного анализа в основном связана с идентификацией сложных смесей, особенно если имеет место наложение пиков. Кроме того очень трудно бывает абсолютно точно воспроизвести условия анализа из-за погрешностей работы аппаратуры. В отдельных случаях невозможность правильной идентификации связана с низкой термостойкостью веществ и их разложению в колонке в процессе самого анализа.

Основная схема идентификации в газовой хроматографии:

- измерение параметра удерживания (время удерживания, удерживаемый объем) неизвестного вещества и сопоставление его величины со значениями параметров удерживания известных веществ, полученных для аналогичных условий хроматографирования. Совпадение этих параметров является основанием для идентификации;

- измерение параметра удерживания (время удерживания, удерживаемый объем) неизвестного вещества на двух колонках с полярной и неполярной неподвижными жидкими фазами и сопоставление их величин со значениями параметров удерживания известных веществ, полученных в аналогичных условиях хроматографирования. Совпадение этих параметров является основанием для идентификации;

- проведение химических реакций на выходе из колонки параллельно с получением сигнала детектора. Данный способ чаще всего позволяет определить класс вещества;

- идентификация веществ с использованием индексов удерживания;

- идентификация веществ с использованием масс детектора или ИК детектора.

Чаще всего для идентификации простых смесей используется совпадение времени удерживания известного вещества и определяемого вещества. Время удерживания t_R– время от момента ввода пробы в хроматограф до момента регистрации детекторов максимального значения концентрации вещества.

Удерживаемый объем V_R– есть объем газа носителя прошедший через колонку до момента регистрации максимальной концентрации вещества.

На эти параметры влияют следующие факторы:

- свойства адсорбента, используемого в анализе;

- состав, свойства, количество неподвижной жидкой фазы;

- температура колонки, испарителя, детектора;

- скорость газа носителя и его давление;

- способ дозирования пробы и ее величина;

- конструктивные особенности используемого хроматографа;

- природа газа-носителя и перепад давления газа носителя на входе и на выходе из колонки.

Все приведенные величины должны в процессе качественного анализа соблюдаться. Любое отклонение одного из этих факторов может привести к неверной идентификации. Особенно часто сложности возникают при использовании при качественной идентификации различных типов хроматографов и колонок, набитых носителем с неподвижной жидкой фазой различных серий выпуска (Выпускаемые готовые носители с нанесенной неподвижной жидкой фазой часто не тождественны).

Если в процессе идентификации используются две колонки, с полярной и неполярной фазами, то совпадение времени удерживания определяемого вещества и стандартного вещества является надежным свидетельством правильности идентификации.

Для расшифровки сложных однотипных по составу смесей были предложены логарифмические индексы удерживания. Если смесь состоит их нормальных алканов, то используя индексы удерживания можно достаточно точно отнести неизвестное вещество к конкретному алкану. Индексы удерживания были введены в практику Ковачем и носят его имя.

Достоинством системы индексов является их наглядность. По определению: нормальным алканам приписываются значения равные числу углеродных атомов, умноженному на 100:

Водород-0;

Метан- 100;

Этан- 200;

Пропан-300;

Бутан-400;

Пентан -500;

Гексан-600;

Гептан-700;

Октан-800;

Нонан-900;

Декан-1000 и т.д.

Затем по опытным данным определяются на конкретной колонке исправленные параметры удерживания нормальных алканов и определяется логарифмический индекс удерживания неизвестного углеводорода по формуле:

полученный индекс сопоставляется с ближайшими н-алканами:

где: логарифм времени удерживания вещества (n) меньше времени удерживания неизвестного вещества (х), а логарифм времени удерживания вещества (n+1) больше времени удерживания неизвестного вещества (х).

Графически это выглядит следующим образом (Рис.4):

Рис.4. Графическое определение индексов удерживания

 

Если неизвестное вещество имеет логарифм времени удерживания и вычисленный по нему индекс удерживания укладывающийся на прямую н-алканов, то это вещество точно относится к н-алканам и является одним из их геометрических изомеров (в данном примере гептана). Если логарифм времени удерживания и вычисленный по нему индекс удерживания не укладывается на прямую н-алканов, то это вещество относится к другому классу. Для других классов веществ строятся такие же зависимости, которые позволяют определить принадлежность вещества к классу и близость его к конкретному ближайшему н-производному. Подобные схемы идентификации получили распространение при анализе различных фракций нефти, фракций спиртов и др. соединений. Для целей идентификации среди хроматографических реактивов продаются стандартные наборы алканов, спиртов, эфиров, аренов и соединения других классов. Достоинством индексов удерживания является их малая зависимость от параметров хроматографирования. Преимущественно они зависят от параметров неподвижной жидкой фазы. К настоящему времени накоплено большое количество данных по индексам удерживания для различных неподвижных жидких фаз. Эти данные приводятся в справочниках и позволяют проводить идентификацию веществ достаточно просто.